Фактически, лодка оказалась вообще не похожа на изначальный проект 627. Теперь она выглядела как гигантская сигара, с соотношением 7,9:1 как наиболее выгодным для обтекаемости под водой. Носовая оконечность была сделана полусферической, кормовая получила крестообразное «Альбакоровское» оперение с единственным многолопастным гребным винтом. Снаружи корпус был облицован резиновым покрытием.

Водоизмещение лодки увеличилось до 5000 тонн с лишним, что потребовало полностью пересчитать энергетическую установку. Подобное водоизмещение значительно превышало требования техзадания. Зато наличие резерва внутренних объёмов давало значительный модернизационный потенциал. Испытания показали, что выбранная форма позволила лодке двигаться под водой со скоростью около 30 узлов.

На лодке были установлены 6 торпедных аппаратов стандартным калибром 533 мм горизонтально в ряд, и два аппарата увеличенного калибра 650 мм. «Толстая торпеда» под него ещё только разрабатывалась, и лодку предполагалось использовать, в том числе, для отработки её боевого применения. (На реальной К-3 аппараты стояли вертикально в 2 ряда, что в том числе мешало разместить антенну ГАС достаточно большого размера) Для запуска противолодочных торпед диаметром 400 мм были установлены 2 носовых 406 мм торпедных аппарата.

Для запуска различных малогабаритных имитаторов, генераторов помех лодка оснащалась перезаряжаемыми кассетами. К ним был предусмотрен комплект запасных имитаторов — увеличившиеся внутренние объёмы позволяли их разместить.

Сделали механизированную погрузку торпед и устройство быстрого заряжания торпед в аппараты. Также было заранее учтено и введено в проект множество других улучшений, в «той истории» вводившихся постепенно в ходе доработок и усовершенствований.

Всю нижнюю часть носовой оконечности занимала огромная антенна ГАС. Вторая антенна располагалась над торпедными аппаратами. Увеличившиеся внутренние объёмы корпуса за счёт увеличенного диаметра позволили со значительно большим комфортом разместить экипаж, а также увеличить запас торпед.

Для выполнения этих дополнительных работ пришлось привлечь к проекту большее число предприятий, чем планировалось изначально, ещё больше расширив и так уже обширную кооперацию.

Особое внимание уделили безопасности. Систему разделили на три отдельные системы вентиляции: носовых отсеков, кормовых отсеков, и независимая вентиляция реакторного отсека.

Сделали титановые парогенераторы — технологию обработки и сварки титана успели отработать в ходе сборки опытных образцов межконтинентальной крылатой ракеты «Буря». Полностью перепроектировали циркуляционные насосы первого контура — в полученных документах была информация, что они часто выходили из строя. Систему аварийной проливки переделали, поставили дублирующую — получилось по 2 на каждый реактор.

Пожароопасное веретённое масло в гидросистеме заменили смесью парафина, глицерина и воды. Пластины регенерации воздуха теперь хранили в вакумной упаковке в герметичном шкафчике с фреоновой системой пожаротушения. Для этого разработали устройство для вакуумной упаковки пластин в пакет из фольги. Конструкцию устройства передали в народное хозяйство, где его приспособили для вакуумной упаковки продуктов в полиэтилен. (АИ)

При обнаружении хоть одной пластины не в шкафчике и не в регенераторе личный состав отсека нещадно дрючили. (АИ, в реальной истории попадание распылённого веретённого масла из гидравлики на пластины регенерации воздуха привело 8 сентября 1967 г к объемному пожару в первом отсеке К-3, и лишь после этого начали заменять веретённое масло в системе гидравлики на смесь ПГВ)

Обучение личного состава проходило в Обнинске на территории ФЭИ АН СССР на наземном натурном стенде корабельной АЭУ одновременно с постройкой корабля, под непосредственным руководством академика А.П. Александрова. (см. гл. 8.)

Для обучения управления лодкой, также, как у американцев при обучении экипажа ПЛ «Альбакор», использовался дирижабль, поскольку лодка вела себя в воде приблизительно подобно дирижаблю. Обучение было поставлено с размахом. Для учебного процесса был выделен 30-тонный дирижабль, обычно использовавшийся как носитель радиолокатора ДРЛО. (АИ)

В конструкции была предусмотрена возможность постоянной модернизации оборудования, заложены резервы объёмов под его размещение. Одновременно составлялись требования на стандартизацию и унификацию оборудования, его расположение и органы управления, создавались типовые пульты и их расположение в боевом посту, чтобы исключить лишнее переучивание личного состава при переводе с корабля одного проекта на другой. Это также позволяло в некоторых случаях избежать аварийных ситуаций.

Лодка строилась в большой спешке. Все дружно хотели доложить в вышестоящие инстанции о своих достижениях. Из-за этого швартовные испытания корабля проводились без некоторых механизмов и части оборудования общесудовых систем. Недостающие агрегаты доставляли на транспортных самолетах, и устанавливали без какой-либо проверки прямо перед началом ходовых испытаний.

Хрущёв из «тех документов» об этом бардаке знал, но помешать оказался не в силах. Проект был сложнейший, ничего подобного отечественная промышленность не строила. По сути, под воду предстояло опустить лёгкий крейсер 2й мировой. Предприятия-подрядчики объективно не успевали изготовить оборудование, тем более — испытать его перед отправкой. Он вызвал военно-морского министра Кузнецова и министра судостроения Бутому, обрисовал им ситуацию с готовностью К-3 и предупредил:

— Поезжайте на завод, делайте, что считаете нужным, разрешаю корректировать сроки в сторону увеличения, но всё должно быть испытано, и чтоб ни пожаров, ни радиационных аварий, иначе тут ваши министерские полномочия и закончатся.

Не то чтобы министры испугались, тем более — адмирал Кузнецов, которого один раз уже разжаловал сам Сталин — но серьёзностью ситуации они прониклись. В течение осени зимы и весны 1957-58 гг министры несколько раз бывали на заводе, постоянно курируя ход достройки.

С сентября 1957 г. по июль 1958 г. АПЛ проходила швартовные испытания. 14 сентября 1957 г. на ней осуществили физический пуск обоих реакторов с выходом на минимально контролируемый уровень мощности.

3 июля 1958 г. она была предъявлена к ходовым испытаниям.

Основным отличием организации работ от известных Хрущёву по полученным из 2012 года документам было решение не строить в полном объёме новые лодки проекта 627А до окончания испытаний головной лодки. Да, это задерживало сроки строительства и ввода лодок в эксплуатацию. Зато можно было учесть в конструкции серийных субмарин выявленные на испытаниях недостатки.

— Спешить не будем, — пояснил Никита Сергеевич задержавшемуся после очередного совещания Дмитрию Фёдоровичу Устинову, когда Кузнецов и Бутома ушли. — Во время Карибского кризиса ни одна атомная лодка не могла выйти в море из-за срочных переделок парогенераторов и ликвидации последствий радиационных аварий. И то 4 наших дизелюхи весь Атлантический флот Штатов на уши поставили. Конечно, постараемся не доводить ситуацию до подобного кризиса , но прикинь, какой будет шухер, если, скажем, в 1961 году удастся послать к Кубе хотя бы 2-3 атомные лодки и несколько крейсеров? Улучшенный 659-й проект хорошо бы пораньше получить... (В АИ лодки проекта 659 должны были приближаться по боевым возможностям к лодкам проекта 675, см. далее)

Одновременно по результатам проектирования лодки был объявлен конкурс на проект многоцелевой АПЛ второго поколения, оснащённой уже не только торпедными аппаратами, но и установками вертикального пуска для перспективных ракет. В нём предстояло не только учесть выявившиеся недостатки и решить проблемы, но и создать однокорпусную лодку с меньшей шумностью и лучшими прочими характеристиками, оснащённую перспективными видами оружия и электронного оборудования.

Параллельно с лодкой проекта 627 с водо-водяным атомным реактором шли работы над лодкой, оснащённой реактором с жидкометаллическим теплоносителем. Первоначально она получила обозначение 627С (АИ), но затем номер проекта изменили на 645.